4.1.4 Вплив хімічного складу сталі на їх зварюваність. Способи усунення деформацій.

До найпоширеніших конструкційних матеріалів належать сталі, чавуни, алюмінієві та мідні сплави.

На зварюваність вуглецевої сталі істотно впливає вуглець, зі збільшенням якого твердість підвищується а пластичність зменшується.

Найкраще з’єднується всіма способами дугового зварювання низько вуглецева сталь (до 0,25% С), оскільки вона практично не гартується.

Значно складніше зварювати середньо вуглецеву сталь (0,3…0,45 % С) через їх схильність до утворення структур підвищеної твердості й виникнення тріщин.

Високовуглецеві сталі (0,46…0,75% С) практично не зварюються.

Перед зварюванням залежно від вмісту вуглецю середньо- та високо вуглецеві сталі рекомендовано підігрівати до температури 100…300^о. Знизити зварювальні напруження можна, якщо відразу після зварювання відпустити сталь при температурі понад 300^о.

Зварюваність низьколегованих конструкційних сталей визначається відсотковим вмістом вуглецю і легувальних елементів. З їх збільшенням підвищується схильність легованих сталей до гартування і до утворення тріщин. Перед зварюванням рекомендовано підігрівати заготовки до 150…350^о. Після зварювання виріб відпалюють, нормалізують, або відпускають при високій температурі.

Нержавкі хромові сталі перед зварюванням підігрівають, зварюють малими струмами, а після зварювання застосовують відпал.

Чавуни зварюють лише тоді, коли необхідно виправити незначні дефекти лиття або відремонтувати відповідальні деталі. Високу твердість шва і зони термічного впливу можна зменшити високотемпературним довготривалим відпуском. Розрізняють гаряче та холодне зварювання чавунів.

Перед гарячим зварюванням заготовки підігрівають до 400…700^о та підтримують як найдовше задану температуру під час зварювання, а потім охолоджують разом з піччю або засипають сухим піском. Перед зварюванням вирізують дефектну частину виливка. Гаряче зварювання чавуну застосовують рідко.

Холодне зварювання чавунів виконують переважно сталевими, мідно-залізними, або мідно-нікелеві електродами малого діаметра без підігрівання заготовки. Щоб підвищити міцність шва, у зварювальні краї заготовки вкручують сталеві шпильки.

4.1.5 Зварювальні матеріали. Призначення і правила вибору зварювальних матеріалів. Види зварювальних матеріалів, їх класифікація і позначення.

Для ручного електродугового зварювання застосовують два типи електродів: неплавкі та плавкі.

Неплавкі електроди виготовляють у вигляді стрижнів з вольфраму, електротехнічного вугілля, або синтетичного графіту

Переважно застосовуються плавкі електроди.

Плавкий електрод для ручного зварювання – це дротяний електропровідний стрижень з нанесеним на нього покриттям завтовшки 0,5…3 мм. Один кінець стрижня 20…30 мм залишають непокритим, щоб закріпити електрод у спеціальному тримачі за допомогою якого підводять струм. Стрижні електродів діаметром 1,6…12 мм і довжиною від 150 до 450 мм виготовляють зі спеціального зварювального дроту, який за хімічним складом поділяють на три групи:

• низьковуглецевий дріт: Зв-08, Зв-05ГА, Зв-10ГА та ін.;

• легований дріт: Зв-08ГС, Зв-08Г2С, Зв-12ГС та ін..;

• високолегований дріт: Зв-12Х13, Зв-10Х20Н15 та ін..

Літери Зв означають зварювальний, цифри після них – вміст вуглецю у сотих долях відсотка, наступні літери та цифри після них показують легувальні елементи та їх відсотковий вміст. Наприклад, Зв-10Х20Н15 високолегований зварювальний дріт, що містить 0,10% вуглецю, 20 % хрому, 15% нікелю, решта – залізо. Літера А в кінці марки свідчить про знижений вміст шкідливих домішок.

Бажано щоб хімічний склад електродного дроту був близький до хімічного складу зварювального матеріалу. Якщо це не можливо, то речовини, яких в електроді не вистачає, необхідно внести в покриття.

До складу покрить входять:

Іонізувальні речовини підсилюють іонізацію дугового проміжку (мармур СаСО₃, поташ К₂СО₃, вуглекислий барій ВаСО₃).

Шлакоутворювальні речовини під час горіння дуги розплавляються, утворюючи шлак, який захищає від взаємодії з киснем та азотом повітря (польовий шпат,мармур,марганцева руда,кремнезем, рутил ТіО₂). Після зварювання поверхню шва механічно очищують від шлаку.

Газоутворювальні речовини утворюють гази, які активно витісняють повітря із зони горіння дуги.(деревне борошно,мармур,магнезіт,електродна целюлоза).

Дезоксидувальні речовини переходять у зварювальну ванну, відновлюють там оксиди заліза, утворюючи нерозчинні у рідкому металі оксиди марганцю, кремнію, титану, алюмінію, які переходять в шлак(феромарганець, феросиліцій, феротитан, алюміній).

Легувальні елементи компенсують втрати електродного дроту і основного металу від вигорання та нерідко змінюють хімічний склад, структуру та властивості зварного шва у потрібному напрямку(хром, молібден,ванадій, титан та ін.).

Зв’язувальні речовини з’єднує між собою крупинки покрить та міцно утримує їх на поверхні електродного дроту(рідке натрієве скло).

Залежно від механічних характеристик металу шва електроди поділяють :

- для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей використовують 9 типів електродів: Е38, Е42, Е42А, Е46, Е46А, Е50, Е50А, Е55, Е60

- для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної міцності – 5

Е70, Е85, Е100, Е125, Е150

Е – електрод, цифра відповідає гарантованій границі міцності в МПа х 10^-1, літера А позначає, що наплавлений метал має підвищені пластичні властивості (відносне подовження та ударну в’язкість ).

За видом покриття розрізняють:

• електроди з рутиловим покриттям (Р);

• електроди з целюлозним покриттям (Ц);

• електроди з основним покриттям (О);

• електроди з кислим покриттям (К).

Електроди з рутиловим покриттям найпоширені, завдяки низькій токсичності, забезпечують стабільне горіння дуги та міцні шви.

Целюлозні покриття мають обмежену кількість шлаку, тому втрати металу від розбризкування істотні, що зумовлює обмежене їх застосування.

Основні покриття застосовують для зварювання вуглецевих та низьколегованих сталей з підвищеним вмістом вуглецю. Вони забезпечують стійке горіння дуги, та низький вміст кисню та водню в металі шва.

Кислі покриття можна використовувати для зварювання металу із іржавими краями змінним і постійним струмом й отримувати якісні шви.

Окрім сталевих використовують електроди зі сплавів алюмінію, міді, зі сплавів титану.

Запитання для самостійної роботи

1 Будова, принципи дії та регулювання зварювального струму зварювальних генераторів, зварювальних випрямлячів та зварювальних трансформаторів.

Попович В.В., Попович В.В. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство: Підручник. – Львів: Світ, 2006.-624с.: іл. /1/

с 385 -389, рис. 5.1.6, рис. 5.1.7, рис. 5.1.8, рис. 5.1.9.

2 Зварювання чавуну, алюмінію, міді та їх сплавів.

/1/ с. 435-437

3 Позначення зварних швів на кресленнях ГОСТ5264 – 80.

Рис. 4.6 Схема генератора з незалежним збудженням:

1 — якір; 2,6 — основна щітка; 4 — намагнічувальна обмотка; 5 — реостат;

7 — розмагнічувальна обмотка; 8 — клема; 9 — електрод; 10, 11 — заготовка

Рис. 4.7 Схема однофазного зварювального трансформатора

з окремим дроселем:

А — трансформатор; Б — дросель; 1 — осердя; 2 — нерухома, 4 — рухома частини дроселя; 3 — обмотка дроселя; 5 — електрод; 6,7 — заготовка; 8 — вторинна, 9 — первинна обмотка трансформатора; а — зазор між 2 і 4 рухомою частиною дроселя

Рис. 4.8 Схема зварювального трансформатора зі збільшеним магнітним

розсіюванням і рухомою обмоткою:

1 — осердя; 2 — первинна, 3 — вторинна обмотки; 4 — електрод;

5,6 — заготовка; І — відстань між обмотками